Angebotene studentische Abschlussarbeiten

Abschlussarbeiten | Prof. Dr. Meinhard Schilling

Der im Institut erstellte Universalzähler mit sehr großem Dynamikumfang soll im Dual-Slope-Verfahren für die Strommessung eingesetzt werden. Dabei soll der Gesamtstrom in viele Strom-pfade aufgeteilt werden und diese einzeln im Dual-Slope-Verfahren gemessen werden. Dabei sollen Ströme von Milliampere bis hinunter zu Picoampere gemessen werden. Besonders interessant ist hier die Messunsicherheit, die auf diese Weise für den Gesamtstrom erreicht werden kann. Um die Zeitmessung für die Stromintegration zu verbessern kann eine lokale Atomuhr eingesetzt werden.

Vorkenntnisse: DMM-Vorlesung

Stichworte: Elektronik, Frequenzmessung

Wir wollen untersuchen, wie man in der Messtechnik elektrische Spannungen mit sehr großer Dynamik messen kann. Wie man also sehr kleine Spannung von gleichzeitig gemessenen sehr großen Spannungen trennen kann, z.B. 10V Amplitude eines Sinussignals von 1 nV Amplitude eines Sinussignals anderer Frequenz. Dafür wollen wir einen Universalzähler mit sehr großem Dynamikumfang im Dual-Slope-Verfahren einsetzen und Signalverarbeitung mit 64-Bit Zahlen testen.

Vorkenntnisse: DMM-Vorlesung

Stichworte: Elektronik, Frequenzmessung

Prof. Dr. Meinhard Schilling

Abschlussarbeiten | Prof. Dr. Oleksandr Dobrovolskiy

Bolometer detektieren elektromagnetische Strahlung, indem sie den Temperaturanstieg messen, wenn Photonen vom Sensor absorbiert werden. Das Ziel dieses Projekts ist es, einen Mikrowellen-Bolometer auf einer supraleitenden 3D-Nanohelix zu entwerfen, die aufgrund eines abrupten supraleitenden Übergangs eine gigantische thermische Spannungsantwort aufweist.

Vorkenntnisse: Hardware-Bastler*in, Programmierkenntnisse Python oder C-Familie

Stichworte: Mikrowellensensoren, 3D-Nanoarchitekturen, Kryoelektronik, Supraleiter

Das supraleitende magnetische Flussquantum Ф₀ = h/(2e) ist eine Kombination aus fundamentalen Konstanten: dem Planckschen Wirkungsquantum h und der Elektronenladung e. In zweibändigen Materialien kann jedoch ein Vortex mit Ф₀ in fraktionale Komponenten zerfallen, sodass Ф₁ + Ф₂ = Ф₀ gilt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen supraleitenden Resonator basierend auf dieser Vortexzerlegung im GHz-Frequenzbereich zu entwickeln.

Vorkenntnisse: Hardware-Bastler*in, Programmierkenntnisse

Stichworte: Mikrowellenbauelemente, COMSOL Multiphysics, Supraleitung

Festkörperbasierte quantenelektronische Bauteile funktionieren bei kryogenen Temperaturen, in externen Magnetfeldern und in einem breiten Frequenzbereich von Gleichstrom (DC) bis typischerweise 70 GHz. Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Erprobung von Messplätzen und gedruckten Leiterplatten (PCBs) für Messungen bei Raumtemperatur und unter kryogenen Bedingungen.

Vorkenntnisse: Hardware-Bastler*in, Programmierkenntnisse

Stichworte: COMSOL Multiphysics, Elektrotechnik, Kryotechnik

Spinwellen und ihre Quanten – Magnonen – sind sich ausbreitende kollektive Spinpräzessionen in einem magnetisch geordneten Medium. Ihre Kopplung mit konventioneller Elektronik erfordert den Einsatz von Mikrowellenantennen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung, Überprüfung und Optimierung von planaren Antennen zur Erzeugung und Detektion von Spinwellen.

Vorkenntnisse: Elektronik, Programmieren

Stichworte: Mikrowellenbauelemente, COMSOL Multiphysics, Magnetismus, Magnonik, Spintronik

Additive Nanotechnologie (z.B. Nanodruck) ermöglicht komplex geformte magnetische 3D-Architekturen mit vielfältigen magnetischen Texturen. Ziel dieses Projekts ist es, die magnetischen Konfigurationen von 3D-Nanoarchitekturen zu modellieren und ihren Zustand mittels Magnetwiederstandmessungen zu untersuchen.

Vorkenntnisse: Elektronik, Programmieren

Stichworte: 3D-Nanoarchitekturen, MuMax3, Magnetismus, Magnetwiederstand

Ein Finite-Elemente-Solver wie COMSOL ermöglicht Modellierungsaufgaben für supraleitende Elektronik. Ziel dieser Arbeit ist es, etablierte theoretische Modelle anzuwenden, um die elektromagnetischen Eigenschaften von Supraleitern zu modellieren und kryogene elektronische Bauelemente zu entwerfen.

Vorkenntnisse: Programmieren, Elektrische Messtechnik

Stichworte: COMSOL Multiphysics, Supraleitung, Elektronische Bauelemente

Prof. Dr. Oleksandr Dobrovolskiy

Abschlussarbeiten | Dr.-Ing. Thilo Viereck

Unsere interdisziplinäre Gruppe für magnetische Nanopartikel am EMG entwickelt zurzeit ein hochempfindliches und spezifisches Nachweisverfahren für SARS-CoV-2 Viren auf Basis der Magnetpartikelspektroskopie (magnetic particle spectroscopy, MPS). Wir suchen jetzt kurzfristig Unterstützung im Hardware-Team. Im Rahmen der Masterarbeit sollen neue Hardware-Konzepte (Verstärker, Spulen, etc.) entwickelt und getestet werden, mit dem Ziel die Nachweisgrenze bei der Virus-Detektion weiter zu verbessern.

Vorkenntnisse: Hardware-Bastler*in, Programmierkenntnisse C-Familie (C, C++, C#)

Stichworte: Magnetische Nanopartikel, Virus-Nachweis

Am EMG wurde ein Hybridsystem entwickelt, welches die tomographische Bildgebung im Magnetic Particle Imaging (MPI) mit magnetischem Wechselfeld-Heizen kombiniert, um damit eine gezielte Freisetzung von pharmazeutischen Wirkstoffen zu erreichen. Für die Ortsansteuerung werden niederfrequente Magnetfelder über Spulen generiert. Zur Realisierung eines kosteneffizienten Prototyps soll im Rahmen dieser Bachelorarbeit eine kommerzielle DC-Stromquelle mittels Relais-Verschaltung zu einer bipolaren Quelle erweitert werden, deren Ansteuerung über ein Mikrocontroller-Board mit ModBus-Schnittstelle (oder vergleichbar) realisiert ist.

Vorkenntnisse: C/C#, ESP32, Bus-Protokolle (empfehlenswert)

Stichworte: Mikrocontroller, Elektronik, Programmieren

An der medizinischen Hochschule Hannover (MHH) sollen 2025 die ersten Tierexperimente mit einem am EMG gebauten Magnetic Particle Imaging (MPI) System beginnen. Das Versuchstier (Maus) wird für die Bildgebung in Narkose versetzt und soll dann in einer einfachen 3D-gedruckten Halterung („Mausbett) im Bildgebungssystem fixiert werden. Idealerweise soll dabei mindestens ein Vitalparameter (z.B. Atmung, Temperatur, EKG, etc.) erfasst werden. Dieses Thema eignet sich flexibel als Bachelor- oder Masterarbeit.

Vorkenntnisse: CAD, 3D-Druck, Elektronik

Stichworte: Elektronik, CAD / 3D-Druck, Kleintier-Bildgebung

Zum induktiven Heizen von Proben mit magnetischen Nanopartikel soll ein magnetischer Induktor (= Heizsystem) aufgebaut werden. Es gibt bereits einen Prototyp auf Basis der ZVS-Technologie (zero voltage switching) mit sehr einfacher Elektronik. Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll jetzt eine neue Elektronik für eine (S)PWM-basierte Ansteuerung des Leistungssignals mit Frequenz- und Amplitudenregelung realisiert werden. Sowie die Inverter-Endstufe für längere Betriebszeiten optimiert werden.

Vorkenntnisse: Elektronik / Bastler, Mikrocontroller, evtl. ASIC

Stichworte: Mikrocontroller, Elektronik, Programmieren

Eine magnetische Pinzette dient der kontaktlosen Manipulation von magnetischen Partikeln durch Magnetfelder. In einer früheren Masterarbeit wurde ein experimenteller Prototyp eines Magnetfeldsystems aufgebaut. Jetzt sollen die Partikel im Mikroskop auf definierten Pfaden bewegt werden (PacMan im Labyrinth). Dazu muss der Aufbau an einigen Stellen verbessert werden und eine entsprechende Ansteuerung in Software realisiert werden. Die Zielstellung der Arbeit ist in weitem Bereich als Bachelor- oder Masterarbeit anpassbar.

Vorkenntnisse: Keine

Stichworte: Magnetische Pinzette, Mikroskopie, Programmieren

Dr.-Ing. Thilo Viereck

Abschlussarbeiten | Janine Gläßner

Datenerfassung eines Brain-Computer-Interface mit einem Teensy 4.1

Innerhalb einer Kooperation des Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik und der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften wird an einem Brain-Computer-Interface (BCI) geforscht. Mittels textiler Elektroden werden Signale aus dem Gehirn gemessen. Verwendet wird das BCI für die Messung von visuellen Reizen, die zur Steuerung eines Assistenzroboters in der Pflege verwendet werden sollen. Bisher wird die Datenaufnahme des Systems mit einem ATmega-Mikrocontroller durchgeführt. Dieser soll mit einem Teensy ersetzt werden. Dazu soll im Rahmen dieser Arbeit die Software für die Verwendung des Teensy angepasst werden.

Vorkenntnisse: Mikrocontroller-Programmierung und C-Programmierung wünschenswert

Stichworte: Mikrocontroller, C-Programmierung

Aufbau einer Einlegesohle zur Messung der Druckverteilung des Fußes

Mit Hilfe kapazitiver Sensoren können unter anderem Druckunterschiede gemessen werden. Damit ist es möglich die Druckverteilung des Fußes mit Hilfe einer einfachen mit kapazitiven Sensoren ausgestatteten Einlegesohle zu bestimmen. Im Rahmen der Arbeit soll ein erster Aufbau einer solchen Sohle aufgebaut werden. Zudem soll die benötigte Software für den Mikrocontroller entwickelt werden.

Vorkenntnisse: Programmierkenntnisse, und Erfahrungen in Hardware-entwicklung wünschenswert

Stichworte: Mikrocontroller, C-Programmierung, Schaltungsentwurf, Schaltungsaufbau

Janine Gläßner

Abschlussarbeiten | Mona Khazaeizadeh, M. Sc.

Diese Abschlussarbeit trägt zu unserem neuen Messgerät bei, das in der Lage ist von sehr niedrigen Strömen im Picoamperebereich bis zu 1 Ampere zu messen. Abgeleitet von der Neudefinition des Ampere, die auf dem Zählen der genauen Anzahl von Elementarladungen basiert, entwickeln wir ein neues Messgerät für quantengenaue Strommessung.

Dabei verwenden wir stromkompensierte und temperaturunabhängige Strom-zu-Frequenz-Wandler. Die Aufgabe besteht darin, parallel arbeitende, symmetrische lineare I/F-Wandler zu realisieren, die eine Dynamik der Strommessung von bis zu 10¹⁵ verarbeiten, um eine homogen Umgebung zu schaffen, die weniger anfällig für Stromlecks und Kompensation ist.

Voraussetzung: Elektronikdesign, Analoge Elektronik

Mona Khazaeizadeh

Abschlussarbeiten | Julius Mumme, M. Sc.

Am emg wurde ein THz-Mikroskop entwickelt, mit dem es möglich ist, räumlich und frequenzaufgelöst THz- und GHz-Felder zu vermessen. Als Sensor kommt ein sog. Josephson-Kontakt zum Einsatz, der es möglich macht, nur durch Messen seiner niederfrequenten Strom-Spannungs-Kennlinie auf eingestrahlte Frequenzen und deren Amplituden zu schließen. Zur Erweiterung des Messaufbaus wurde eine neue Messelektronik entwickelt. Um deren Rauschen weiter zu reduzieren, soll im Rahmen dieser Abschlussarbeit ein analoger Vorverstärker entworfen und erprobt werden, der im Gegensatz zum Rest der Elektronik bei 40 K betrieben wird, um thermisches Rauschen zu minimieren.

Stichworte: Messelektronik, Vorverstärker, kryogen, analog, rauscharm

Julius Mumme, M. Sc.

Abschlussarbeiten | Marius Neumann, M. Sc.

Mit dem THz-Mikroskop im LENA kann elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich gemessen werden. Dafür wird ein sogenannter Josephson-Cantilever verwendet, um dreidimensionale Bilder von Intensitätsverteilungen aufzunehmen. Dieses System soll in Zukunft durch eine Phasenmessung erweitert werden. Für diese Phasenmessung sind zusätzliche Mikrowellenschaltungen auf dem Cantilever notwendig.

Vorkenntnisse: Hochfrequenztechnik, Supraleitung

Stichworte: THz-Mikroskop, Mikrowellensimulation

Marius Neumann

Abschlussarbeiten | Max Pröpper

Am Institut werden Bauelemente aus dem Supraleiter YBCO hergestellt und untersucht. Ein bei der Herstellung unserer supraleitenden Proben sehr relevanter Schritt ist das Ätzen der Proben. Für das kontrollierte Ätzen wird eine mit der Software LabVIEW automatisierte Ionenstrahl-Ätzanlage verwendet. In mehreren Schritten werden dabei verschiedene Materialien wie z.B. Gold, Silber und der Supraleiter YBCO geätzt. Dabei sind die dafür notwendigen Zeiten bei identischen Parametern sehr unterschiedlich. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Ätzraten für die verschiedenen Materialien untersucht und bestimmt werden. Außerdem sind die Parameter für das Ätzen zu optimieren.

Vorkenntnisse: Begeisterung an wissenschaftlicher Arbeit, sorgfältiges und selbstständiges Arbeiten

Stichworte: Ionenstrahl-Ätzanlage, Ätzraten, YBCO

Beschreibung: Am Institut werden Bauelemente aus dem Supraleiter YBCO hergestellt und untersucht. Dazu zählen auch Josephson-Kontakt (JJ) Arrays, also die Reihenschaltung mehrerer JJs, die für den Volt-Standard eingesetzt werden sollen. Auf dem Chip sind Antennenstrukturen vorzusehen, um die Feldeinkopplung zu verbessern. Im Rahmen dieser Abschlussarbeit sollen die bestehenden Antennenstrukturen evaluiert und optimiert werden. Anschließend werden Proben mit diesen Antennenstrukturen hergestellt und unter Hochfrequenzeinstrahlung vermessen.

Vorkenntnisse: Begeisterung an wissenschaftlicher Arbeit, sorgfältiges und selbstständiges Arbeiten

Stichworte: Simulation, Antennen, CST Studio, YBCO

Max Pröpper

Abschlussarbeiten | Julius Ritter, M. Sc.

Im THz-Mikroskop am EMG werden dreidimensionale Feldverteilungen mit einem Sensor bis etwa 5 THz gemessen. Als Sensor dient ein sogenannter Josephson Cantilever, der aus einem Hochtemperatursupraleiter auf einem Substrat besteht. Damit eine hohe Sensitivität des Sensors erreicht wird, werden Antennen verwendet, welche die Feldeinkopplung verbessern. Im Rahmen dieser Abschluss-arbeit sollen mit unserem neuen Fertigungsverfahren bewährte Antennen verbessert und neue Antennen designet werden. Zusammen mit angepassten Filterschaltungen sollen die Komponenten anschließend im THz-Mikroskop vermessen werden.

Vorkenntnisse: Grundlegendes Verständnis von elektromagnetischen Feldern

Stichworte: Simulation, CST Microwave Studio, Hochtemperatursupraleiter, Antennen

Julius Ritter

Abschlussarbeiten | Rebecca Sack M. Sc.

Etablierte Methoden zur Diagnose von Krankheiten wie die real-time PCR benötigen viele anspruchsvolle Schritte zur Probenaufbereitung. Die am emg entwickelten DNA-Assays basieren auf der Größenänderung eines Systems von Magnetischen Nanopartikeln (MNP) wenn eine spezifische Target-Sequenz in der Probe vorhanden ist. DNA-Nanotechnologien werden genutzt, um zunächst verbundene MNP (Cluster) voneinander zu trennen, was über magnetische Sensoren detektiert werden kann. Da biologische Elemente keinen Anteil zu dem magnetischen Messsignal liefern, sind die magnetischen Assays vielversprechend für „mix and measure“ Detektion, welches die Durchführung der Tests signifikant vereinfacht.

Aktuelle Forschungsfragen:

Realisieren der viralen Detektion ohne aufwändige Extraktionsschritte
Sicherstellen der Spezifizität der magnetischen Assays
Anpassen auf alternative RNA-Targets

Stichworte: DNA-/RNA-Nachweis, Magnetismus

Rebecca Sack

Abschlussarbeiten | Marjan Schubert, M. Sc.

Vor einigen Jahren entstand am Institut ein auf Magnetfeldsensoren basierendes System zur Messung der Geschwindigkeiten von Fahrzeugen.
Das System wurde in Zusammenarbeit mit der PTB getestet und weiterentwickelt.
Nun soll die im Testaufbau verwendete Elektronik auf die speziellen Anforderungen bei der Geschwindigkeitsmessung angepasst werden.
Dazu gehören die Entwicklung geeigneter Elektronik und die Datenverarbeitung mit einem Mikrocontroller.

Vorkenntnisse: Erfahrung mit Mikrocontrollerprogrammierung

Stichworte: AMR-Sensoren, Mikrocontroller, Geschwindigkeitsmessung

Quantencomputer unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von klassischen Computern. Während herkömmliche Systeme Berechnungen auf Basis der Logikpegel '0' und '1' durchführen, greift man bei Quantencomputern auf Quantenbits (Qubits) zurück. Dabei können Qubits aus verschiedenen Quantenzuständen erzeugt werden. Im Projekt Quantum Valley Lower Saxony (QVLS) werden als Quantenzustände die Spins von Elektronen mehrerer gefangener Ionen verwendet. Quantencomputer auf Basis von Ionenfallen sind aufgrund ihrer Skalierbarkeit ein vielversprechender Ansatz, um die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Computer zu übertreffen (Quantenüberlegenheit).

Für das Fangen der Ionen werden von einem Resonator erzeugte elektrische Felder verwendet, welche die Ionen in einer Höhe von 90 µm über der in der Abbildung gezeigten Fallenoberfläche schweben lassen. Die Optimierung der Erzeugung der elektrischen Felder und der dynamischen Impedanzanpassung ist aufgrund der unmittelbaren Nähe zu den Informationsträgern dringend erforderlich. Vielversprechende Komponenten einer Abschlussarbeit können an einem Probeaufbau des Quantencomputers in Hannover getestet werden.
Die Aufgabenbereiche erstrecken sich über Entwurf und Simulation verschiedener Spulengeometrien, Schaltungs-/ Platinendesign und 3D-Druck.

Vorkenntnisse: Abhängig von der Aufgabenstellung

Stichworte: Quantencomputer, Ionenfallen, RF Resonator

Marjan Schubert

Abschlussarbeiten | Marc-André Tucholke, M. Sc.

Am EMG wird ein verfahrbares optisches Mikroskop für Messungen verwendet. Die Bilder des Mikroskops werden als Livestream angezeigt. Das Mikroskop hat nur einen begrenzten Abstand in dem Objekte scharf dargestellt werden können. Die abzubildenden Objekte haben teilweise unterschiedliche Höhen. Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll die Kamera in der Höhe verfahren und dabei eine Bildreihe aufgenommen werden. Aus den einzelnen Bildern sollen dann die scharf abgebildeten Bereiche ausgewählt und in einer Gesamtkomposition dargestellt werden.
Zusätzlich soll die Höhe, aus dem die Bereiche ausgewählt wurden, gespeichert werden, um ein Oberflächenprofil zu erstellen.

Vorkenntnisse: Grundlegende Kenntnisse in Python

Stichworte: Digitale Bildverarbeitung, Bildkomposition, Programmierung

Erstellung eines Oberflächenprofils mit einem optischen Mikroskop

Marc-André Tucholke

Abschlussarbeiten | Yihao Wang

Magnetische Bioassays mit ultra-empfindlichen magnetischen Nanopartikeln

In unserer interdisziplinärer Gruppe steht die Detektion interessanter Targets mithilfe funktionalisierbarer magnetischer Nanopartikeln auf dem Forschungsfokus, wie z.B. Nukleinsäuren, Protein. Dafür haben wir vielfältige Messmethoden benutzt, wobei die Magnetpartikelspektroskopie (MPS) mit schneller Signallieferung und einfacher Handhabung als am häufigsten verwendete Methode auftaucht. Im Rahmen dieser Abschlussarbeit sollen einerseits unterschiedliche Einflüsse auf die Signaländerung der MPS besser zu verstehen und möglichst zu unterscheiden sein, z.B. zwischen Molekülmasse und hydrodynamischer Größe, andererseits die absolute Änderung der Partikelgröße der Signaländerung von MPS zugeordnet werden.

Stichworte: Magnetische Nanopartikel, DNA-Nanotechnologie, Magnetische Messmethoden

Yihao Wang

Abschlussarbeiten Florian Wolgast, M.Sc.

Für die Charakterisierung magnetischer Nanopartikel (MNP) stehen unterschiedlichste magnetische Messmethoden zur Verfügung, z.B. die (feldabhängige) AC Suszeptibilität oder die Magnetpartikelspektroskopie (MPS). Ihnen ist gemein, dass sie zur Messung zunächst ein magnetisches Feld erzeugen müssen, um die Nanopartikel zu erregen. Die dafür benötigte Leistung wird von einem Leistungsverstärker zur Verfügung gestellt, welcher hohe Linearitätsanforderungen erfüllen muss, um ein spektral reines Magnetfeld zu erhalten. Diese Anforderungen können nicht von einem Verstärker erreicht werden, weshalb ein kombinierter Ansatz nötig wird.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Komposit-Verstärker entwickelt werden, welcher sich aus einer Anordnung von zwei einzelnen Verstärkern zusammensetzt, um von den Vorteilen beider Verstärker zu profitieren wie z.B. eine hohe Linearität und geringes Rauschen, zu profitieren.

Vorkenntnisse: Hardware-Bastler*in, Messelektronik, Operationsverstärker, Eigenständigkeit

Stichworte: Magnetische Nanopartikel, magnetische Messmethoden, Platinenlayout

In unseren inter-disziplinären Gruppe für magnetische Nanopartikel entwickeln wir ein hochempfindliches und spezifisches Nachweisverfahren auf Basis der Magnet-partikelspektroskopie (MPS), welches uns z.B. den Nachweis von Viren-Fragmenten und DNA ermöglicht. Dafür benötigen wir Unterstützung in unserem Hardware-Team. Im Rahmen der Masterarbeit sollen bestehende Hardware-Konzepte aufgegriffen und weiterentwickelt werden. Der Schwerpunkt stellt die Integration der Hardware dar, um ein hochempfindliches, kompaktes und leicht bedienbares MPS-Tischgerät zu bauen, um die Nachweisgrenze biologischer Analyten weiter zur verbessern.

Vorkenntnisse: Hardware-Bastler*in, Messelektronik, Programmierkenntnisse (C, C++, C#)

Stichworte: Magnetische Nanopartikel, Nachweis von DNA, Viren & DNA

Florian Wolgast